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1、2020/9/14,1,建筑结构试验 结 构 模 型 试 验,2020/9/14,2,1 概述 2 相似理论 3 结构模型设计 4 结构模型的材料、制作与试验,主要内容,2020/9/14,3,概述,模型试验是按照真实的结构或者真实的构件，按照尺寸相似、材料相似、荷载也相似要求做成比较小的构件，一般的是在试验室来做，成本相对较低且可反复观察，所以是结构试验当中用的最多的，尤其是科学研究性试验中多采用。,2020/9/14,4,概述,2020/9/14,5,概述,模型试验分类 小结构试验和相似模型试验 弹性模型试验和强度模型试验 定性试验、半分析试验和定量试验 节段模型、局部结构模型和整体模型
2、静力模型试验和动力模型试验 模型试验优点 突出主要因素；降低试验成本； 提高试验精度；预测未知性能,2020/9/14,6,主要内容,1 概述 2 相似理论 3 结构模型设计 4 结构模型的材料、制作与试验,2020/9/14,7,相似理论,一、模型的相似要求和相似常数 几何相似 要求模型和真型之间所有对应部分尺寸成比例。 Sl（长度）、SA（面积）、Sw（抗弯模）， SI（惯性矩），Sx（位移）、S（应变）。 质量相似 Sm（质量）、S（比重）。 荷载相似 SP（集中力）、Sw（面力）、Sq（体力）、 SM（弯矩）。,2020/9/14,8,相似理论,模型的相似要求和相似常数（续） 物理相似
3、 S（应力）、S（剪力）、S（剪切角）、 SE（弹性模量）。 时间相似 St，时间相似不是指时刻相似，而是指时刻的间隔相似。 边界条件相似 指模型的支承与约束条件相似。 初始条件相似 针对动力问题，包括初始位置、位移、速度、加速度等。,2020/9/14,9,相似理论,二、模型设计的相似条件 按模型设计的相似理论确定相似条件的方法有：方程式分析法、量纲分析法。 方程式分析法：已知各参数与物理量的函数关系，并有显式表达式时。适用于较简单的物理现象。 量纲分析法：对较复杂的物理现象，不能用显式表达来描述各参数与物理量之间的函数关系。此时，物理参数的合理选择对模型设计具有决定性的作用。取决于对该物理
4、现象的正确认识程度,2020/9/14,10,相似理论,方程式分析 静力试验模型的相似条件 相似常数的数目多于相似条件的数目，模型设计时须预先假设几个相似常数，一般假设几何相似常数Sl和材料相似常数SE。,2020/9/14,11,相似理论,量纲分析 1.量纲 量纲（因次）：表征各种物理量性质和类别的标志。 是指物理量所包含的基本物理要素及其结合形式，表示物理量的类别，是物理量的质的特征。 在量度物理量数值大小的标准（单位）确定之后，一个具体的物理量就对应于一个数值，有了比较意义上的大小，这是物理量的量的特征。 量纲可分为基本量纲和诱导量纲。 基本量纲：互不依赖，互相独立的量纲。基本量纲具有独
5、立性，比如与温度无关的动力学问题可选取长度L、时间T和质量M为基本量纲。,2020/9/14,12,相似理论,2.量纲性质 1）两个物理量相等，是指不仅数值相等，而且量纲也要相同。 2）两个同量纲参数的比是无量纲参数，其值不随所取单位的大小而变。 3）一个完整的物理方程式中，各项的量纲必须相同，因此方程才能用加、减并用等号联系起来，这一性质称为量纲和谐。 4）组合量纲可以和基本量纲组成无量纲组合，基本量纲之间不能组成无量纲组合。一个组合量纲与其他量纲至少能够组成一个无量纲组合。,2020/9/14,13,主要内容,1 概述 2 相似理论 3 结构模型设计 4 结构模型的材料、制作与试验,202
6、0/9/14,14,结构模型设计,选择模型基本类型 方程分析或量纲分析求得相似判据 确定几何相似常数和主要尺寸 确定各相似常数 分析相似误差，调整相似常数 注意边界条件和荷载作用点等局部条件 形成模型设计文件（模型施工图、测点布置图、加载装置图）,2020/9/14,15,主要内容,1 概述 2 相似理论 3 结构模型设计 4 结构模型的材料,2020/9/14,16,结构模型的材料,模型材料的要求 相似要求：材料的基本性质相似。 测量要求：为便于测量仪表有足够的读数，弹性模量应适当低一些。 材料性能稳定，受环境温度、湿度的影响较小。 加工制作方便,2020/9/14,17,结构模型的材料,模
7、型材料的种类 金属（一般钢材和铝合金）：弹性好、变形量大、泊松比与钢筋砼相似。 塑料和有机玻璃：强度大、弹性模量低、各向同性、加工方便、但徐变较大、热稳定性较差。 石膏：加工容易、成本低、泊松比与砼十分接近、弹性模量可人为调整、但抗拉强度低、较脆。石膏被广泛用于制作弹性模型，也可大致模拟砼的塑性性能。,2020/9/14,18,结构模型的材料,模型材料的种类 水泥砂浆：相比上述三种材料，最接近混凝土，常用于制作砼薄壁结构，此时采用的钢筋为钢丝或铅丝。 细石混凝土：非弹性性能较难模拟，缩尺比例不宜太小。主要缺点是粘结应力模拟不好，不适用于研究Wmax、f等。,2020/9/14,19,本章小结,1 概述 2 相似理论 3 结构模型设计 4 结构模型的材料,
